电解铝、电解铜、电解锌的冶炼工艺流程简介及部分习题

一、电解铝冶炼工艺介绍

电解铝的基本原理和工艺过程：

电解铝就是通过电解得到金属铝。现代电解铝工业生产采用冰晶石-氧化铝熔融电解法。熔融冰晶石是溶剂，氧化铝是溶质，以碳素体作为阳极，铝液作为阴极，通入强大的直流电后，在950℃～970℃下，在电解槽内进行电化学反应。阳极主要产物是二氧化碳和一氧化碳气体，其中含有一定量的氟化氢等有害气体和固体粉尘，该气体需经过净化处理后排空。阴极产物是铝液，铝液通过真空抬包从电解槽内抽出，送至铸造车间，在保温炉内经净化澄清后，浇铸成铝锭或直接加工成线坯、型材等。

电解铝工艺简图:

现代电解铝工艺：

1.现代铝工业生产采用冰晶石—氧化铝融盐电解法。熔融冰晶石是溶剂，氧化铝作为溶质，以碳素体作为阳极，铝液作为阴极，通入强大的直流电

后，在950℃—970℃下，在电解槽内的两极上进行电化学反应，即电解。阳极产物主要是二氧化碳和一氧化碳气体，其中含有一定量的氟化氢等有害气体和固体粉尘。为保护环境和人类健康需对阳极气体进行净化处理，除去有害气体和粉尘后排入大气。阴极产物是铝液，铝液通过真空抬包从槽内抽出，送往铸造车间，在保温炉内经净化澄清后，浇铸成铝锭或直接加工成线坯.型材等。铝电解生产可分为侧插阳极棒自焙槽、上插阳极棒自焙槽和预焙阳极槽三大类。自焙槽生产电解铝技术有装备简单、建设周期短、投资少的特点，但却有烟气无法处理，污染环境严重，机械化困难，劳动强度大，不易大型化，单槽产量低等一些不易克服的缺点，目前已基本上被淘汰。目前世界上大部分国家及生产企业都在使用大型预焙槽，槽的电流强度很大，不仅自动化程度高，能耗低，单槽产量高，而且满足了环保法规的要求。我国已完成了180kA、280kA和320kA的现代化预焙槽的工业试验和产业化。以节能增产和环保达标为中心的技术改进与改造，促进自焙槽生产技术向预焙槽转化，获得了巨大成功。根据电解铝的生产工艺流程，电解铝的生产成本大致由下面几部分构成：（1）原材料：氧化铝、冰晶石、氟化铝、添加剂(氟化钙、氟化镁等)、阳极材料；（2）能源成本：电力（直流电和交流电）、燃料油；（3）人力成本：工资及其他管理费用；（4）其他费用：设备损耗及折旧、财务费用、运输费用、税收等。

2.生产工艺流程

其生产工艺流程如下图：

氧化铝氟化盐碳阳极直流电

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排出阳极气体------ 电解槽

↑↓↓

废气←气体净化铝液

↓↓

回收氟化物净化澄清-----------------------

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返回电解槽浇注轧制或铸造

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铝锭线坯或型材方程

电解铝就是通过电解得到的铝.

重要通过这个方程进行：2Al2O3==4Al+3O2。

阳极：2O2ˉ-4eˉ=O2↑

阴极:Al3+ +3eˉ=Al

3.工艺流程

铝电解工艺流程：现代铝工业生产采用冰晶石—氧化铝融盐电解法。熔融冰晶石是溶剂，氧化铝作为电解铝生产溶质，以碳素体作为阳极，铝液作为阴极，通入强大的直流电后，在950℃-970℃下，在电解槽内的两极上进行电化学反应，既电解。化学反应主要通过这个方程进行：2Al2O3==4Al 3O2。阳极：2O2ˉ-4eˉ=O2↑阴极:Al3 3eˉ=Al。阳极产物主要是二氧化碳和一氧化碳气体，其中含有一定量的氟化氢等有害气体和固体粉尘。为保护环境和人类健康需对阳极气体进行净化处理，除去有害气体和粉尘后排入大气。

阴极产物是铝液，铝液通过真空抬包从槽内抽出，送往铸造车间，在保温炉内经净化澄清后，浇铸成铝锭或直接加工成线坯.型材等。

其生产工艺流程如下图：

氧化铝氟化盐碳阳极直流电

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排出阳极气体------ 电解槽

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废气←气体净化铝液

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回收氟化物净化澄清

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返回电解槽浇注轧制或铸造

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铝锭线坯或型材

4.产业特点

世界上所有的铝都是用电解法生产出来的。铝电解工业生产采用霍尔-埃鲁冰晶石-氧化铝融盐电解。电解铝产能法，即以冰晶石为主的氟化盐作为熔剂，氧化铝为熔质组成多相电解质体系。其中Na2AlF6-Al2O3二元系和Na3AlF6-AlF3-Al2O3三元系是工业电解质的基础。电解铝工业对环境影响较大，属于高耗能，高污染行业。电解铝生产中排出的废气主要是CO2，以及以HF气体为主的气-固氟化物等。CO2是一种温室气体，是造成全球气候变暖的主要原因。而氟化物中的CF4和C2F6其温室作用效果是二氧化碳的6500-10000倍，并且会对臭氧层造成不同程度的影响。HF则是一种剧毒气体，通过皮肤或呼吸道进入人体，仅需1.5g便可以致死。

二、电解锌的制液及冶炼新工艺

方法一：用铜镉渣为原料生产电解锌液

工艺流程：

经多次试验, 设计了一种铜镉渣处理新工艺(见附图)。该工艺应用了

以下新技术: 浸出用反浸法, 以控制杂质尽量少的被浸出而留于渣中, 同

时避免大量气泡(H2) 产生不利于操作; 浸出液空气氧化除铁(针铁矿铁) , 使铁生成过滤性能良好的针铁矾(A- FeOOH) , 并达到深度除去的目的, 同时吸附除去对电解危害较大的砷、锑和锗等杂质的大部分; 锌粒振动净化

除镉, 并深度除去钴、镍、砷、锑、锗等杂质。

附图

附图铜镉渣处理新工艺流程

铜镉渣处理新工艺流程按此新工艺进行了除电解的流程试验, 结果表明,

用所处理的铜镉渣生产电解锌, 可产出符合电解要求的高质量新液; 同时

经概算, 生产成本可较用锌焙砂降低1 000 元öt 锌以上。锌浸出率达94145% , 振动净化的锌粒单耗120 kgöt 锌。3 试验方法进行了1 L 液除电解的流程试验。试验所用原料(铜镉渣) 主要成分, %: Zn 39121, Cd 6107,Cu 2137, H2O 3315。试验的技术操作条件如下:

(1)浸出(反浸法)。用上次预留的1ö5 浸出矿浆作底料(首批试验用水) ,

加热至70～ 80℃, 搅拌状态下均匀缓慢投加铜镉渣, 同时加电解废

液或酸。投料过程随时检测pH 值, 并保持在2～ 3。到终点后继续搅

拌反应1 h 左右, 终点pH控制在4～ 5。投料过程时间控制不低于2 h, 以确保铜镉渣中的锌被有效浸出(浸出率95% 以上)。到终点后的浸出

矿浆过滤, 此滤液含铁较高, 一般可达1 göL 左右, 工艺上按先进